Química de materiais

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Apostila 2
Siderurgia 
Vidros e Cerâmicas
Polímeros 
Espectrometria de Difração de Raios-X 
 
 
Siderurgia
Após fase de investimentos na melhoria do mix de produtos, usinas voltam-se 
para o aumento da capacidade produtiva 
As expectativas otimistas para a economia brasileira e mundial em 2004 terão impacto direto na siderurgia do país. O setor vive um momento de transição, passando de uma fase em que houve inversões na melhoria da qualidade, com a expansão do mix de produção, para uma nova onda de investimentos. É a terceira onda desse tipo, sem, no entanto, a dimensão da primeira. De acordo com o Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), a média anual de investimentos entre 2003 e 2006 atingirá a casa dos US$ 940 milhões. Uma cifra intermediária, que não reproduzirá os picos dos dois primeiros booms de investimentos, nem os baixos valores registrados entre os anos de 1984 e 1993. A siderurgia brasileira experimenta, assim, um estágio que pode ser denominado de crescimento quantitativo moderado.
O professor do Instituto de Economia da Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Germano Mendes de Paula, estudioso do segmento siderúrgico, prevê que, a partir deste ano, os investimentos tendem a ser mais intensivos em capital, com taxas de retorno menores. “Aliás, uma tradição na siderurgia”, comenta o especialista. Para Germano de Paula, a siderurgia brasileira está ingressando numa nova fase de ampliação de capacidade, como na primeira onda de investimentos.
O professor da UFU lembra ainda que o montante de investimentos na siderurgia brasileira pode ser maior, principalmente se os projetos de construção de usinas destinadas à produção de placas no Norte e no Nordeste do país, com a participação da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), forem levados adiante. Numa primeira fase, esses projetos devem incrementar inversões da ordem de US$ 1,85 bilhão. “O terceiro boom de investimentos teria mais uma semelhança com o primeiro. Voltar-se-ia a contemplar a construção de novas usinas, em associação com capital estrangeiro. Desta vez, no entanto, os parceiros asiáticos seriam chineses e sul-coreanos, em vez de japoneses”, afirma.
Salto – A siderurgia brasileira viveu dois booms de investimentos. O primeiro compreendeu o período de 1974 a 1983. Nesses nove anos, o investimento anual médio foi de US$ 2 bilhões. A capacidade instalada do país saltou de 10 milhões de toneladas para 22 milhões de toneladas, principalmente em função das ampliações da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), da Usiminas e da Cosipa, além da construção da Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST). Houve, nessa fase, um crescimento quantitativo. 
Entre 1984 e 1993, porém, o investimento médio anual regrediu para US$ 476 milhões, mesmo considerando que novas usinas, que tinham começado sua construção na década de 70, iniciaram a produção, a exemplo da Mendes Júnior, em 1984, e da Açominas, em 1986. Um novo boom iniciou-se em 1994, com o investimento médio, até 2002, elevando-se para US$ 1,36 bilhão ao ano. Nesse período, 31,5% dos investimentos foram destinados à laminação, visando ao enobrecimento do mix de produção. Por outro lado, a capacidade nominal do país cresceu apenas marginalmente, de 28,2 milhões de toneladas para 33,4 milhões de toneladas. O único grande investimento para a ampliação de capacidade foi o segundo alto-forno da CST.
Germano de Paula considera que o terceiro boom de investimentos da siderurgia brasileira é viável. Porém, a indústria terá de perseguir um difícil caminho, já que as novas inversões tendem a possuir taxa de retorno menor que a auferida durante a segunda onda. Para o especialista, essa situação decorre do fato de que, logo após a privatização, existia uma carteira de investimentos disponíveis, com custos baixos e altas taxas de retorno, para otimizar a estrutura pré-existente. “Era possível enobrecer o mix sem investir em aumento de capacidade produtiva, por exemplo. Era possível substituir processos antigos por mais modernos, como no caso do lingotamento contínuo”.
Capacidade – O novo boom de investimentos na expansão da produção siderúrgica nacional, sem contar as possíveis inversões nas usinas da CVRD, de chineses e sul-coreanos no Norte-Nordeste do país, será realizado, basicamente, por CST, CSN, Gerdau e Belgo-Mineira. Considerando esses investimentos conjuntamente, a capacidade instalada da siderurgia brasileira deverá aumentar em 4,5 milhões de toneladas, nos próximos anos.
O projeto de expansão de produção da CST, de 5 milhões de toneladas para 7,5 milhões de toneladas anuais de aço, está em fase de planejamento. O investimento previsto é de US$ 600 milhões. A CST já recebeu as propostas técnicas e comerciais dos consórcios que disputam o fornecimento dos equipamentos e deverá escolher a melhor proposta e iniciar o projeto nos próximos meses.
Somente em 2004, a Gerdau gastará US$ 31 milhões para ampliar marginalmente a planta da Usiba, de 500 mil para 600 mil toneladas. O conglomerado gaúcho ainda vai investir US$ 250 milhões, em 2004, na modernização de unidades no Brasil, embora 30% desse montante deva ser absorvido por unidades estrangeiras do grupo.
Para os próximos quatro anos, a Gerdau planeja investir US$ 1,2 bilhão na duplicação da capacidade produtiva da Açominas. O investimento terá como foco a exportação de aço, praticamente dobrando a capacidade de produção da usina de Ouro Branco, atualmente de 3 milhões de toneladas por ano. Além do segundo alto-forno, serão instaladas novas unidades de sinterização e coqueria, nova aciaria e instalações de controle de qualidade. Ao todo, serão gerados 1 mil empregos diretos e entre 3 mil e 4 mil empregos indiretos.
”Esse projeto ainda está em fase de estudos, podendo ser materializado em quatro anos. A intenção é passar a capacidade produtiva dos atuais 3 milhões de toneladas de aço bruto para 6 milhões de toneladas”, diz o vice-presidente executivo de finanças e relações com investidores da Gerdau, Osvaldo Burgos Schirmer. A usina, aliás, acaba de colocar em operação um laminador para a produção de fio-máquina, que exigiu investimentos de US$ 66 milhões, com capacidade para produzir 550 mil t/ano. Segundo Schirmer, a empresa ainda planeja retomar inversões na unidade de Araçariguama, onde uma usina com capacidade produtiva de 1 milhão de toneladas de aço longo por ano está em fase de construção. “Também ainda não definimos a continuidade desse projeto, mas demandará recursos da ordem de US$ 100 milhões”, afirma.
A Belgo-Mineira investirá US$ 70 milhões para duplicar a capacidade da usina de Piracicaba (SP), de 500 mil toneladas para 1 milhão de toneladas anuais de vergalhões. Ainda nesse primeiro semestre, o novo laminador será instalado ao lado do atual para produzir vergalhões de 6,3 mm a 40 mm, com previsão de instalação futura de uma linha de rolos para novos produtos, evidenciando ainda mais a especialização da unidade em construção civil. Na Aciaria, está em construção um prédio para abrigar novos equipamentos, incluindo uma ponte com capacidade de 220 toneladas para o transporte de aço líquido. Além disso, um novo forno elétrico ampliará a capacidade de produção de aço de 65 toneladas para 130 toneladas por corrida.
Já na usina de Vitória, com investimento previsto de US$ 10 milhões, a Belgo prevê concluir este ano a modernização do laminador de barras, possibilitando o aumento de capacidade do equipamento de 170 mil toneladas para 250 mil toneladas por ano.
A CSN, por sua vez, tem projetos para aumentar a capacidade de extração de minério na mina Casa de Pedra, em Congonhas (MG), de 12 milhões de t/ano para 40 milhões de t/ano. Estão nos planos da companhia a expansão da capacidade produtiva em 1,5 milhões de t/ano, com a construção do alto-forno 4. Com isso, a usina vai passar de uma produção atual de 5,8 milhões de t/ano para algo um pouco superior a 7 milhões de t/ano. A direção da empresa, entretanto, ainda está estudando o projeto de expansão para divulgá-lo em detalhes, inclusive os recursos queserão aplicados.
Já a Usiminas terminou o seu ciclo de investimentos, que representou 
US$ 3,3 bilhões na década de 90. Desse total, US$ 2,1 bilhões foram destinados à Usiminas e US$ 1,2 bilhão, à Cosipa. Não há previsão de investimentos pela Usiminas nos próximos anos, apenas aportes de manutenção. Entretanto, o presidente da companhia, Rinaldo Campos Soares, explica que a empresa voltará a fazer investimentos maciços de grande porte a partir de 2006. “Nosso nível deve permanecer estável nos próximos anos, na faixa dos US$ 80 milhões anuais. Mas, com a queda do endividamento em 2003, de aproximadamente US$ 280 milhões, voltaremos a investir”.
Vidros e Cerâmicas
Propriedades da Sílica Vítrea Colorida Dopada com Cobre
A. C. A. Fernandes e A. V. Cardoso
CETEC- Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - Setor de Análises Químicas. 
Av. José Cândido da Silveira, 2000 - Caixa Postal 2306-CEP 31.170-000 - Belo Horizonte- MG. 
e-mail:cardoso@cetec.br
Resumo
A sílica vítrea (v-SiO2) é um material essencial em fotônica e em quase todos os dispositivos que necessitem possuir como características a refratariedade, resistência ao choque térmico, inércia química e transparência desde 160 nm até o infravermelho. Algumas aplicações para a sílica vítrea dopada tais como lâmpadas e dispositivos ópticos são conhecidas e consagradas. Outras, como gemas artificiais, são atualmente investigadas.
O cobre e seus compostos são utilizados na produção de vidros, vidrados e esmaltes desde a Antigüidade e o interesse científico em vidros de rubi de cobre datam do final do século passado. Vários fatores afetam a cor do rubi de cobre entre eles a composição química, os agentes redutores utilizados, atmosfera do forno, tempo e temperatura de tratamento térmico.
No presente estudo não foi utilizado nenhum agente redutor pois o objetivo é a obtenção do vidro monofásico de sílica dopado com cobre. Amostras de sílica vítrea (Figura 1) pesando de 10 a 25g, dopadas com diferentes teores de cobre, foram produzidas por fusão em forno elétrico. 
Figura 1 - Amostras de vidro de quartzo obtidas por fusão e após tratamento térmico a 1100º C/ 2 horas.
O Tratamento térmico (1100º C) de amostras possibilitou a obtenção de peças de sílica vítrea em tom avermelhado. As alterações nos espectros UV-Vis das amostras devido à adição de diferentes concentrações de Cu e devido aos tratamentos térmicos é discutida no trabalho. Outras propriedades físicas (densidade absoluta ( e índice refração n) que pudessem auxiliar na compreensão da formação da sílica vítrea de tipo rubi são também abordadas.
Polímeros
Introdução
( 1.1. Os plásticos em nossas vidas
Na correria do dia a dia, geralmente não nos damos conta dos objetos que nos cercam. 	Esses objetos são produzidos a partir de diversos materiais como madeira, metais, rochas, cerâmica, vidro, osso e etc. Dentre os materiais mais utilizados atualmente, os plásticos se destacam. A cada dia o emprego de plásticos e borrachas vem alcançando um papel mais importante e, por que não dizer, fundamental, em nossas vidas.
Os plásticos são usados em grande escala na produção de embalagens, principalmente de produtos alimentícios, utensílios domésticos e eletro doméstico, além de suas aplicações cientifico - tecnológicas e em diversas áreas da indústria. A popularização dos plásticos se deve, basicamente, ao seu baixo custo de produção, peso reduzido, elevada resistência e à possibilidade de seu uso na fabricação de peças nas mais variadas formas, tamanhos e cores.
É comum observar que peças inicialmente produzidas com outros materiais, particularmente metal ou madeira, têm sido substituídas por outras de plástico. Essas peças, quando devidamente projetadas, cumprem seu papel apresentando, na maioria das vezes, um desempenho superior ao do material antes utilizado.
Um exemplo de vantagem em substituição de material são os pára-choques dos automóveis. 	Até bem pouco tempo, os carros possuíam pára-choques de ferro cromado que, com o tempo, enferrujavam (sofriam corrosão), além de se deformarem facilmente com pequenos impactos. Hoje, quase todos os automóveis produzidos possuem pára-choques de plásticos, que não enferrujam, absorvem o impacto com mais eficiência, além de serem mais bonitos e mais baratos. Muitas outras peças de um automóvel também são de plásticos tais como: o painel e o volante, o forro do teto interno, a forração e o estofamento dos bancos, panes dos cintos de segurança. o carpete, as calotas, a fiação elétrica (fios metálicos encapados), a carcaça da bateria, as mangueiras, os reservatórios de líquidos e as juntas, além de vedações e pneus de borracha. Portanto, boa parte do carro que você utiliza todos os dias para ir ao trabalho é constituída por peças de plástico ou borracha, que permitem que ele seja mais confortável e seguro. Outra vantagem da crescente utilização dos plásticos nesta área é a redução do peso dos veículos, o que acarreta a diminuição do consumo de combustível e conseqüentemente em uma maior economia para o usuário.
Apesar dos plásticos propiciarem várias vantagens, alguns inconvenientes também surgiram. 	Os plásticos, diferentemente de outros materiais, levam muito tempo para se degradarem e, portanto, eles permanecem praticamente intactos por anos, o que causa problemas ambientais. Iniciativas para a solução deste problema têm surgido, entre elas, a reciclagem dos plásticos ou a sua utilização como fonte alternativa de energia, através da combustão.
Em geral, as pessoas têm pouco ou nenhum conhecimento sobre o que é um plástico, como é obtido, quais são os tipos de plásticos e suas aplicações, e quais são os seus processos de transformação. Essas informações são importantes para quem trabalha na comercialização de plásticos, em indústrias de produção ou transformação de plástico, para jovens universitários das áreas de química e engenharia de materiais, ou simplesmente curiosos sobre o assunto. Portanto, o objetivo principal deste curso é atender a essas pessoas, esclarecendo soas dúvidas e introduzindo-as no mundo dos plásticos e borrachas.
1.2.	O que é um plástico?
Aparentemente, uma peça de plástico é similar a qualquer outra, ou seja, todos os artefatos de plástico parecem constituídos do mesmo material, variando apenas a cor e o formato do objeto. 		Na realidade, existem vários tipos de plásticos e borrachas que possuem propriedades e estruturas químicas diferentes. Por exemplo, um plástico utilizado na fabricação de um balde não é o mesmo usado na produção de um CD.
Vejamos o que vem a ser um plástico.
O plástico é uma molécula sintética, ou seja produzida pelo homem, chamada de polímero (do grego: poli - muitas, mero - partes). Os polímeros são moléculas gigantes, geralmente de origem orgânica, constituídos pela união de moléculas de baixo peso molecular, denominadas monômeros, através de reações químicas (Figura 1). Um exemplo ilustrativo é a corrente cujos elos correspondem aos monômeros, enquanto a corrente é o polímero. Portanto, os polímeros podem ser definidos quimicamente como sendo moléculas relativamente grandes, de pesos moleculares da ordem de 1.000 a 1.000.000, em cuja estrutura se encontram unidades químicas simples repetidas (meros).
Polietileno, polipropileno, poliestireno, poliéster, nylon e teflon® são exemplos de polímeros industriais.
Figura 1 - Relação monômero-polímero
Na Figura 1, o etileno é o monômero que, após reagir com várias outras moléculas iguais a ele, forma o polímero polietileno, ou, simplesmente, PE. A reação química para obtenção do polímero é denominada polimerização. Na estrutura da molécula de PE, a unidade -CH2-CH2- se repete indefinidamente e depende do número de moléculas de etileno que reagiram entre si (n) para formar o polímero. O índice n (ou DP) do polímero é conhecido como grau de polimerização e representa o número de meros presentes na cadeia polimérica.
A característica dos polímerosem ter um peso molecular alto afeta significativamente as propriedades químicas e físicas dessas moléculas. Assim, quanto maior for o grau de polimerização, mais elevado será o peso molecular do polímero. Polímeros com peso molecular muito elevado são designados altos polímeros enquanto os de baixo peso molecular são chamados de oligômeros (do grego: poucas panes).
Além dos polímeros, existem outras moléculas de peso molecular muito alto encontradas na natureza, que podem ser de origem inorgânica, como o diamante, o grafite, o asbesto e a sílica; ou de origem orgânica, como os polissacarídeos (celulose e amido), proteínas (colágeno, hemoglobina, hormônios, albumina e etc) e ácidos nucléicos (DNA e RNA). Tanto os polímeros, quanto estas moléculas são classificados como macromoléculas. Ou seja, as macromoléculas são compostos de origem natural ou sintética com elevado peso molecular e estrutura química complexa. Logo, a lã, o couro, a madeira, o cabelo, o chifre, a seda natural, a unha e a borracha de seringueira são exemplos de materiais cotidianos constituídos por macromoléculas naturais orgânicas, que não apresentam unidades estruturais regularmente repetidas.
A definição de plástico, como veremos em breve, está relacionada com o comportamento mecânico do polímero. Assim, deve se ter cuidado, pois, nem todos os materiais aos quais chamamos de plásticos ou matéria-plástica, podem ser classificados como tais.
1.3	Um pouco de História
A seguir, descreve-se o surgimento destes materiais.
Até o início do século passado, o homem só conhecia as macromoléculas orgânicas de origem natural, como a madeira, a lá e etc. Esses materiais eram muito utilizados na fabricação de vários objetos, na construção civil e no vestuário, dentre outras aplicações.
O primeiro material polimérico que se tem noticia foi produzido por Charles Goodyear em 1830. Ele descobriu que, ao se aquecer a mistura de borracha natural, extraída da seringueira, com enxofre as propriedades mecânicas desta macromolécula eram modificadas, ou seja, o material que inicialmente era mole e pegajoso a baixas temperaturas e rígido e áspero a temperaturas mais elevadas, se tornou seco e flexível a qualquer temperatura. Esse processo por ele patenteado ficou conhecido como vulcanização. Com a vulcanização, a borracha natural adquiriu várias aplicações, se transformando em um produto comercial.
O surgimento do plástico ocorreu em 1862, quando Alexander Parker obteve um material celulósico, a partir do tratamento de resíduos de algodão com acido nítrico e ácido sulfúrico, em presença de óleo de rícino. O material obtido, chamado de parkesina, não teve sucesso comercial devido ao seu elevado custo de produção. Entretanto, em 1868, John W. Byatt aprimorou o produto desenvolvido por Parker, substituindo o óleo de ritmo pela cânfora conseguindo um produto economicamente viável, o celulóide. A partir deste composto se obteve o primeiro material sintético, as bolas de bilhar, o celulóide foi usado por muito tempo na fabricação de pentes, cabos de talheres, bonecas, dentaduras, armações de óculos, bolas de pingue-pongue e filmes fotográficos. Seu emprego caiu em desuso, com o aparecimento de outros materiais poliméricos, menos inflamáveis e menos combustíveis.
Logo, a descoberta da borracha vulcanizada, da parkesina e do celulóide representou o surgimento de um novo tipo de material. Entretanto, as estruturas químicas destas moléculas eram totalmente desconhecidas. A primeira hipótese da existência de macromoléculas foi desenvolvida em 1877 por Friedrich A. Kekulé, que propôs que poderiam haver substâncias orgânicas naturais constituídas de moléculas de cadeias muito longas com propriedades especiais. Com base nesta hipótese, em 1893, Emil Fisher sugeriu que a estrutura da celulose natural era formada por cadeias constituídas por unidades de glicose enquanto que os polipeptídios eram longas cadeias de poliaminoácidos unidas.
Em 1907, Leo H. Baekeland aperfeiçoou o processo de produção da resina fenol forma aldeído, desenvolvida alguns anos antes por Adolf Von Bayer. O composto formado era uma resina rígida e pouco inflamável, chamada de baquelita. A baquelita foi amplamente empregada na fabricação de carcaças de equipamentos elétricos (principalmente telefones), até meados dos anos 50, quando foi substituída por outros polímeros, devido a razões puramente estéticas, já que a baquelita permitia pouca variação de cor.
Hermann Staudinger em 1924, propôs que os poliésteres e a borracha natural possuíam estruturas químicas lineares. Em conseqüência de seus estudos, recebeu posteriormente o Prêmio Nobel em Química (1953), por ser o pioneiro na química de macromoléculas. Quatro anos depois, Wallace H. Carothers, pesquisador do Laboratório Central de Pesquisa da DuPont, realizou estudos sobre polímeros lineares obtidos por condensação de monômeros difuncionais Seu grupo de pesquisa desenvolveu e estudou o neopreno, os poliésteres e as poliamidas. Um membro deste grupo, Paul J. Flory, receberia em 1974 o Prêmio Nobel em Química por sua contribuição na investigação da química de polímeros.
Ainda na década de 20, surgiram o acetato de celulose, o poli(cloreto de vinila) (1927), o poli(metacrilato de metila) (1928), e a resina uréia-formaldeido (1929). Estima-se que no fim dos anos 20 e inicio dos anos 30 foram produzidas nos Estados Unidos, cerca de 23.000 toneladas de plástico, sendo na sua grande maioria materiais fenólicos e celulósicos.
Entre 1930 e 1942, vários polímeros foram descobertos, como o copolímero de estireno-butadieno (1930); a poliacrionitrila, os poliacrilatos, o poli(acetato de vinila) e o copolímero de estireno-acrionitrila (1936); os poliuretanos (1937); o poliestireno e o poli(tetraftóor-etileno) (teflon) (1938); a resina melamina-formaldeido (fórmica) e o poli(tereftalato de etileno) (1941); fibras de poliacrionitrila (orlon) e os poliésteres dissaturados (1942). A primeira indústria a produzir o nylon foi a DuPont em 1938, sendo a fabricação do nylon- 6 (perlon) iniciada no ano seguinte pela 1. 6. Faber. Nesta época, na Alemanha, P. Schlack, realizou a primeira polimerização por abertura de anel de um composto orgânico cíclico, ao produzir o nylon a partir da caprolactama.
Após a 2ª Guerra Mundial, a fabricação e comercialização dos materiais poliméricos alcançou um grande desenvolvimento, surgindo as resinas epoxídicas (1947) e ABS (1948), além do desenvolvimento do poliuretano.
Outro avanço significativo no estudo da química de polímeros ocorreu em 1953, com a descoberta da polimerização estereoespecífica por Karl Ziegler e Giulio Nafta. Estes pesquisadores, receberam o Prêmio Nobel em Química de 1963, pelo estudo desse tipo de polimerização.
A década de 50 foi marcada pelo aparecimento de vários polímeros como o polietileno linear, o polipropileno, o poliacetal, o policarbonato, o poli(óxido de fenileno) e de novos copolímeros. Nos anos 60, os plásticos deixaram de substituir apenas as madeiras e começaram a ser utilizados em embalagens, substituindo o papelão e o vidro, enquanto que nos anos 70, os plásticos tomaram o lugar de algumas ligas leves.
Nos anos 80, a produção de plásticos se tornou bastante intensa e diversificada, tornando esta indústria química uma das principais no Mundo. Devido a crescente necessidade de novos materiais poliméricos, vários centros de pesquisa, indústrias e universidades têm realizado estudos científicos e tecnológicos, desenvolvendo polímeros com as mais variadas propriedades químicas e físicas.
Hoje, o Mundo moderno não é concebível sem a presença dos plásticos e borrachas, podendo o progresso de um país ser medido pelo seu nível de produção de plásticos. Segundo fontes recentes, o consumo per capita de plástico em 1995 no Brasil foi de 14 kg/hab/ano, que é muito baixo comparado com outros países como Singapura, Taiwan, Japão, Estados Unidos e países da Europa Ocidental. Entretanto, este consumo no Brasil tem aumentado significativamente nos últimos anos, o que acarreta no desenvolvimentoda indústria de produção e transformação de plásticos no país, e principalmente na melhor qualidade dos produtos.
Classificação e Processos de Obtenção dos Polímeros
( 2.1. Classificação dos Polímeros
Além dos polímeros clássicos produzidos e comercializados há alguns anos, a cada dia, novos polímeros surgem oriundos das pesquisas científicas e tecnológicas desenvolvidas em todo o mundo. Logo, devido a grande variedade de materiais poliméricos existentes, torna-se necessário selecioná-los em grupos que possuam características comuns, que facilitem a compreensão e estudo das propriedades desses materiais. Portanto, com este objetivo, os polímeros foram classificados de acordo com suas estruturas químicas, características de fusibilidade, comportamentos mecânicos, tipos de aplicações e escala de produção.
A seguir, veremos estas classificações, bem como os conceitos correlacionados a elas.
2.1.1.	Classificação quanto ao Tipo de Estrutura Química
Existem três classificações dos polímeros em função de sua estrutura química:
2.1.1.1.	Em relação ao número de diferentes meros presentes no polímero
A composição de um polímero pode apresentar apenas um único tipo de mero (homogênea) ou dois ou mais meros (cada heterogênea). Quando a cadeia é homogênea, diz-se que o polímero é um homopolímero, caso a cadeia seja heterogênea, o polímero é designado copolímero.
Logo, temos:
*** Homopolímero - É o polímero constituído por apenas um tipo de unidade estrutural repetida. 	Ex: Folietileno, poliestireno, poliacrilonitrila, poli(acetato de vinila).
Se considerarmos A como o mero presente em um homopolímero, sua estrutura será:
*** Copolímero - É o polímero formado por dois ou mais tipos de meros. Ex: SAN, NBR, SBR.
Supondo que A e B sejam os meros de um copolímero, podemos subdividir os copolímeros em:
= Copolímeros estatísticos (ou aleatórios) - Nestes copolímeros os meros estão dispostos de forma desordenada na cadeia do polímero.
= Copolímeros alternados - Os meros estão ordenados de forma alternada na cadeia do copolímero.
= Copolímeros em bloco - O copolímero é formado por seqüências de meros iguais de comprimentos variáveis.
= Copolímeros grafitizados (ou enxertados) - A cadeia principal do copolímero é formada por um tipo de unidade repetida, enquanto o outro mero forma a cadeia lateral (enxertada).
Geralmente, os copolímeros constituídos por três unidades químicas repetidas diferentes são denominados terpolímeros. Um exemplo típico deste tipo de polímero é o ABS, ou melhor, o terpolímero de acrilonitrila-hutadieno-estireno.
A reação de formação de um copolímero é conhecida como copolimerização, e os monômeros envolvidos nesta reação são chamados de comonômeros. Ao se variar os comonômeros e suas quantidades relativas em uma copolimerização, os copolímeros obtidos adquirem propriedades químicas e físicas diferentes.
2.1.1.2.	Em relação à estrutura química dos meros que constituem o polímero
Esta classificação é baseada no grupo funcional a qual pertencem os meros presentes na cadeia do polímero. Assim, temos como exemplos:
** Poliolefinas - polipropileno, polibutadieno, poliestireno.
** Poliésteres - poli(tereftalato de etileno), policarbonato.
** Poliéteres - poli(óxido de etileno), poli(óxido de fenileno).
** Poliamidas - nylon, poliimida.
** Polímeros celulósicos - nitrato de celulose, acetato de celulose.
** Polímeros acrílicos - poli(metacrilato de metila), poliacrilonitrila.
** Polímeros vinílicos - poli(acetato de vinila), poli(álcool vinílico).
** Poliuretano.
** Resinas formaldeídicas - resina fenol-formol, resina uréia-formol.
2.1.1.3.	Em relação à forma da cadeia polimérica
A cadeia polimérica pode assumir as formas:
** Lineares - A cadeia do polímero não possui ramificações.
** Ramificadas - O polímero se apresenta ramificado, ou seja com pequenas cadeias laterais.
** Reticuladas - Os polímeros possuem estrutura tridimensional, onde as cadeias estão tinidas por ligações químicas (ligações cruzadas).
2.1.2.	Classificação quanto às características de Fusibilidade
Dependendo do comportamento ao serem aquecidos, os polímeros podem ser designados:
** Termoplásticos - São polímeros que fundem ao serem aquecidos e que se solidificam ao serem resfriados. 	Ex: Polietileno, poli(tereftalato de etileno), poliacrionitrila, nylon.
** Termorrígidos - São polímeros que formam ligações cruzadas ao serem aquecidos, tornando-se infusíveis e insolúveis. Ex: Resina fenol-formol, resina melamina-forinol, resina uréia-formol.
2.1.3.	Classificação Quanto ao Comportamento Mecânico
** Plásticos (do grego: adequado à moldagem) - São materiais poliméricos estáveis nas condições normais de uso, mas que, em algum estágio de sua fabricação, são fluídos, podendo ser moldados por aquecimento, pressão ou ambos. 	Ex: Polietileno, polipropileno, poliestireno.
** Elastômeros (ou borrachas) - São materiais poliméricos de origem natural ou sintética que, após sofrerem deformação sob a ação de uma força, retornam a sua forma original quando esta força é removida. 	Ex: Polibutadieno, borracha nitrílica, poli(estireno-co-butadieno).
** Fibras - São corpos em que a razão entre o comprimento e as dimensões laterais é muito elevada. Geralmente são formadas por macromoléculas lineares orientadas longitudinalmente. Ex: Poliésteres, poliamidas e poliacrionitrila.
2.1.4.	Classificação quanto à Escala de Fabricação
Os plásticos, quanto à escala de fabricação, podem ser classificados como:
** Plásticos de comodidade (commodieties) - Constituem a maioria dos plásticos fabricados no mundo.	Ex: Polietileno, polipropileno, poliestireno, etc. 
** Plásticos de especialidade (specialities) - Plásticos que possuem um conjunto incomum de propriedades produzidos em menor escala.	 Ex: Poli(óxido de metileno) e poli(cloreto de vinilideno).
2.1.1	Classificação Quanto ao Tipo de Aplicação
Um plástico pode ter um uso geral ou ser um plástico de engenharia.
** Plásticos de uso geral - São polímeros utilizados nas mais variadas aplicações, como o polietileno, o polipropileno, o poliestireno, o poli(metacrilato de metila), o poli(cloreto de vinila), baquelita, etc.
** Plásticos de engenharia - São polímeros empregados em substituição de materiais clássicos usados na engenharia, como por exemplo a madeira e os metais. Ex: Poliacetal, policarbonato e poli(tetrafluor-ctileno).
Além das classificações descritas para os polímeros, o termo resina é muito empregado na indústria de plásticos. As resinas naturais são compostos orgânicos amorfos secretados por certas plantas ou insetos; geralmente insolúveis em água, mas solúveis em vários solventes orgânicos. 				As resinas sintéticas são originalmente descritas como um grupo de substâncias sintéticas cujas propriedades se assemelham às das resinas naturais. Geralmente, à temperatura ambiente, as resinas apresentam um aspecto de liquido viscoso, que amolece gradualmente ao ser aquecido.
( 2.2. Processos de Obtenção de Polímeros
Como vimos anteriormente, os polímeros são classificados quanto às suas propriedades químicas, físicas e estruturais. Entretanto, também podem ser agrupados em função do tipo de reação utilizada em sua obtenção e quanto à técnica de polimerização empregada. Esses fatores afetam significativamente as características dos polímeros produzidos.
Neste tópico, veremos os tipos de reações e técnicas de polimerização existentes. 
2.2.1.	Reações de Polimerização
Em 1929, Carothers dividiu as polimerizações em dois grupos, de acordo com a composição ou estrutura dos polímeros. Segundo esta classificação, as polimerizações podem ser por adição (poliadição) ou por condensação (policondensação). Na poliadição, a cadeia polimérica é formada através de reações de adição dos monômeros (geralmente com uma dupla ligação), enquanto, na policondensação, a reação se passa entre monômeros polifuncionais, ou entre monômeros diferentes, usualmente ocorrendo a eliminação de moléculas debaixo peso molecular, como a água e amônia (Figura 2).
Figura 2- Poliadição e policondensação
Anos mais tarde, em 1953, Flory generalizou e aperfeiçoou esta classificação, utilizando como critério o mecanismo desenvolvido na polimerização, dividindo as reações em polimerizações em cadeia e em etapas, que correspondem, respectivamente, as poliadições e policondensações. 				As polimerizações em cadeia e em etapas possuem características diferentes, como é mostrado na Tabela 1.
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	Polimerização em Cadeia
	Polimerização em Etapas
	Apenas o monômero e as espécies propagantes podem reagir entre si.
	Quaisquer duas espécies moleculares presentes no sistema podem reagir.
	A polimerização possui no mínimo dois processos cinéticos.
	A polimerização só possui um processo cinético.
	A concentração do monômero decresce gradativamente durante a reação
	O monômero é todo consumido no inicio da reação, restando menos de 1% do monômero ao fim da reação.
	A velocidade da reação cresce com o tempo até alcançar um valor máximo, na qual permanece constante.
	A velocidade da reação é máxima no início e
decresce com o tempo.
	Polímeros com um alto peso molecular se formam desde o início da reação, não se modificando com o tempo.
	Um longo tempo reacional é essencial para se
obter um polímero com elevado peso molecular, que cresce durante a reação.
	A composição percentual do polímero é igual ao do mero que lhe dá origem.
	A composição percentual do polímero é diferente do mero que lhe dá origem.
Com esta nova classificação, polímeros que antes eram incorretamente considerados como produtos de poliadição, como os poliuretanos (que não liberam moléculas de baixo peso molecular, mas são caracteristicamente obtidos por uma reação de condensação), receberam uma classificação mais precisa, sendo considerados provenientes de polimerizações em etapas.
As polimerizações em cadeia apresentam reações de iniciação, propagação e terminação distintas e bem definidas.
A iniciação de uma polimerização em cadeia pode ser induzida pelo calor, por agentes químicos (iniciadores), por radiação (ultravioleta e raios z) e por catalisadores A iniciação por calor ou radiação proporciona uma homólise da ligação dupla do monômero, levando a um mecanismo de reação via radicais livres. Já a iniciação química, que é a mais empregada na indústria, pode ser conduzida por iniciadores que provocam uma homólise ou heterólise desta ligação. Logo, a polimerização pode ocorrer através de radicais livres, via catiônica via aniônica ou por compostos de coordenação caso a polimerização seja iniciada por um iniciador radicalar é chamada de polimerização radicalar; caso o iniciador seja um cátion denomina-se catiônica, se o iniciador for um ânion, a polimerização é dita aniônica (Figura 3). No caso da polimerização por coordenação, os catalisadores utilizados são complexos constituídos por compostos de transição e organometálicos, como os catalisadores Ziegler-Natta. Este tipo de catálise homogênea é aplicada somente a monômeros apoiares, possuindo, como vantagem, a obtenção de polímeros estereorregulares.
Figura 3- Reações de iniciação de uma polimerização em cadeia
Durante a propagação, a espécie reativa gerada na iniciação (radical livre, cátion ou ânion) incorpora sucessivamente moléculas do monômero, formando a cadeia polimérica (Figura 4). Esta etapa da polimerização em cadeia é muito importante, pois, a velocidade da polimerização é influenciada diretamente pela velocidade da propagação.
Figura 4- Propagação de ama polimerização em cadeia catiônica
Na terminação, o centro reativo propagante reage de modo espontâneo ou pela adição de algum reagente, interrompendo a propagação do polímero. Geralmente, a terminação da polimerização radicalar ocorre por reações de combinação, desproporcionamento ou transferência de cadeia. Já a polimerização catiônica é terminada pela adição de traços de umidade, enquanto a polimerização aniônica termina quando se adicionam ao sistema substâncias doadoras de prótons como, por exemplo, álcoois e ácidos.
As polimerizações em cadeia podem sofrer reações de inibição ou retardamento. Na inibição, a polimerização sofre uma interrupção, impedindo a propagação da cadeia, que volta a polimerizar após o total consumo do inibidor, Os inibidores são utilizados industrialmente para se evitar a polimerização de alguns monômeros durante sua armazenagem e transporte. Os inibidores mais empregados são o nitrobenzeno, o m-dinitrobenzeno, a hidroquinona, o p-t-butil catecol, a b-naftilamina, a difenil-picril-hidrazina (DPPH) e o oxigênio. No retardamento, a velocidade da polimerização diminui pela ação de substâncias chamadas de retardadores.
As polimerizações em etapas ocorrem por um mecanismo catiônico ou aniônico, em que as reações componentes (iniciação, propagação e terminação) não possuem diferenças, ou seja, se processam com a mesma velocidade e com o mesmo tipo de reação.
A polimerização, neste caso, ocorre de forma similar às reações de algumas moléculas de baixo peso molecular e, portanto, está sujeita à interferência de impurezas ou à ciclização da cadeia propagante ou do monômero, que competem com a polimerização.
Outra característica importante das polimerizações em etapas é que, dependendo da funcionalidade do monômero usado, o polímero pode ser linear, ramificado ou até mesmo possuir ligações cruzadas.
Além das polimerizações em cadeia e em etapas, os polímeros podem ser obtidos através de reações de modificação química, ou seja, grupos presentes em um polímero podem reagir originando outros polímeros. Um dos exemplos mais conhecidos da modificação química de um polímero é a obtenção do poli(álcool vinílico). Este polímero é obtido através da hidrólise do poli(acetato de vinila), já que o álcool vinílico não existe.
2.2.2.	Técnicas de Polimerização
Existem quatro técnicas industriais empregadas na polimerização de um monômero: a polimerização em massa, em solução, em suspensão e em emulsão. Cada uma destas técnicas possui condições específicas, originando polímeros com características diferentes.
2.2.2.1.	Polimerização em Massa
A polimerização em massa é uma técnica simples, homogênea, onde só o monômero e o iniciador estão presentes no sistema. Caso a polimerização seja iniciada termicamente ou por radiação, só haverá monômero no meio reacional. Logo, esta técnica é econômica, além de produzir polímeros com um alto grau de pureza. Esta polimerização é altamente exotérmica, ocorrendo dificuldades no controle da temperatura e da agitação do meio reacional, que rapidamente se torna viscoso desde o início da polimerização. A agitação durante a polimerização deve ser vigorosa para que haja a dispersão do calor de formação do polímero, evitando-se pontos superaquecidos, que dão uma cor amarelada ao produto. Este inconveniente pode ser evitado ao se usar inicialmente um pré-polímero (mistura de polímero e monômero), que é produzido a uma temperatura mais baixa, com uma baixa conversão e condições controladas. A caminho do molde, o pré-polímero é aquecido completando-se a polimerização.
A polimerização em massa é muito usada na fabricação de lentes plásticas amorfas, devido às excelentes qualidades ópticas obtidas pelas peças moldadas, sem pressão, como no caso do poli(metacrilato de metila).
2.2.2.2.	Polimerização em Solução
Na polimerização em solução, além do monômero e do iniciador, emprega-se um solvente, que deve solubilizá-los, formando um sistema homogêneo. O solvente ideal deve ser barato, de baixo ponto de ebulição e de fácil remoção do polímero. Ao final desta polimerização, o polímero formado pode ser solúvel ou insolúvel no solvente usado. Caso o polímero seja insolúvel no solvente, é obtido em lama, sendo facilmente separado do meio reacional por filtração. Se o polímero for solúvel, utiliza-se um não-solvente para precipitá-lo sob a forma de fibras ou pó.
A polimerização em solução possui como vantagem a homogeneização da temperatura reacional,devido à fácil agitação do sistema, que evita o problema do superaquecimento. Entretanto, o custo do solvente e o retardamento da reação são inconvenientes desta técnica.
A polimerização em solução é utilizada principalmente quando se deseja usar a própria solução polimérica, sendo muito empregada em policondensações.
2.2.2.3.	Polimerização em Emulsão
A polimerização em emulsão é uma polimerização heterogênea em meio aquoso, que requer uma série de aditivos com funções específicas como: emulsificante (geralmente um sabão), tamponadores de pH, colóides protetores, reguladores de tensão superficial, reguladores de polimerização (modificadores) e ativadores (agentes de redução).
Nesta polimerização, o iniciador é solúvel em água, enquanto o monômero é parcialmente solúvel. O emulsificante tem como objetivo formar micelas, de tamanho entre 1 nm e 1 mm, onde o monômero fica contido. Algumas micelas são ativas, ou seja, a reação de polimerização se processa dentro delas, enquanto outras são inativas (gotas de monômeros), constituindo apenas uma fonte de monômero. A medida que a reação ocorre, as micelas inativas suprem as ativas com monômero, que crescem até formarem gotas de polímeros, originando posteriormente os polímeros. A Figura 5 representa o esquema de um sistema de polimerização em emulsão.
Figura 5 - Representação esquemática de um sistema de polimerização em emulsão
A polimerização em emulsão tem uma alta velocidade de reação e conversão, sendo de fácil controle de agitação e temperatura. Os polímeros obtidos por esta técnica possuem altos pesos moleculares, mas são de difícil purificação devido aos aditivos adicionados. Esta técnica é muito empregada em poliadições.
2.2.2.4.	Polimerização em Suspensão
A polimerização em suspensão, também conhecida como polimerização por pérolas ou contas, pela forma como os polímeros são obtidos, é uma polimerização heterogênea, onde o monômero e o iniciador são insolúveis no meio dispersante, em geral, a água.
A polimerização se passa em partículas em suspensão no solvente, com um tamanho médio entre 1 a 10 mm, onde se encontram o monômero e o iniciador. A agitação do sistema é um fator muito importante nesta técnica, pois, dependendo da velocidade de agitação empregada, o tamanho da partícula varia.
Além do monômero, iniciador e solvente, também são adicionados ao meio reacional surfactantes, substâncias químicas que auxiliam na suspensão do polímero formado, evitando a coalizão das partículas e, conseqüentemente, a precipitação do polímero, sem a formação das pérolas. A precipitação do polímero também pode ser evitada pela adição ao meio reacional de um polímero hidrossolúvel de elevado peso molecular, que aumente a viscosidade do meio. A incorporação destes aditivos ao sistema dificulta a purificação do polímero obtido.
A Tabela 2 compara as características das polimerizações em massa, solução, suspensão e emulsão.
	Tipo
	Vantagens
	Desvantagens
	Massa
	* Alto grau de pureza
* Requer equipamentos simples
	*Difícil controle de temperatura *Distribuição de peso molecular larga
	Solução
	* Fácil controle da temperatura
* A solução polimérica formada pode ser diretamente utilizada
	* O solvente reduz o peso molecular e a velocidade da reação
* Dificuldades na remoção dos solventes
	Emulsão
	* Polimerização rápida obtenção de polímeros com rito peso molecular 
* Fácil controle da temperatura
	* Contaminação do polímero com agentes emulsificantes e água
	Suspensão
	* Fácil controle da temperatura 
* Obtenção do polímero na forma de pérolas
	* Contaminação do polímero com agentes estabilizantes e água
* Requer agitação contínua
Além destas técnicas de polimerização, alguns polímeros podem ser produzidos pela polimerização interfacial. Nesta técnica, a polimerização ocorre na interface entre dois solventes imiscíveis, em que cada um dos monômeros está em uma das fases. O polímero é formado nesta interface, sendo logo removido a fim de facilitar a polimerização. Este método é restrito a um pequeno número de polimerizações em etapas, devido às condições reacionais necessárias. 
Polímeros�
 Denominam-se polímeros as moléculas muito grandes formadas por unidades moleculares que se repetem, denominadas monómeros. 
 A reação pela qual os monómeros se unem para formar o polímero recebe o nome de polimerização. 
	
 Existem muitos polímeros naturais. Assim, por exemplo, a celulose é um polímero da glucose que se encontra nas plantas. A nitração parcial da celulose com uma mistura dos ácidos nítrico e sulfúrico concentrados e o posterior tratamento do produto obtido com cânfora origina o celulóide, que é o primeiro plástico de importância comercial, usado para películas fotográficas e de cinema. 
 Os polímeros possuem propriedades físicas e químicas muito distintas das que têm os corpos formados por moléculas simples. Assim, por exemplo, são muito resistentes à rotura e ao desgaste, muito elásticos e resistentes à acção dos agentes atmosféricos. Estas propriedades, juntamente com a sua fácil obtenção a baixas temperaturas, têm possibilitado a sua fabricação em grande escala. Os polímeros de estrutura unidimensional, têm elevados pesos moleculares e, geralmente, são rígidos à temperatura ambiente, embora se tornem moles e flexíveis ao elevar a temperatura. Então, denominam-se plásticos. 
 Por vezes, o processo de emaranhamento das cadeias lineares pode mudar a sua forma, a baixa tensão, se a temperatura é suficientemente elevada. Porém recuperam a forma primitiva ao fazer desaparecer a tensão. Agora o polímero é elástico e pode ser estirado sem se romper até um comprimento muito superior ao primitivo. Neste caso, o polímero recebe o nome de elastómero. 
 Os polímeros de estrutura tridimensional formam moléculas rígidas de pesos moleculares não muito altos que produzem substâncias duras, denominadas resinas. 
 Os polímeros podem dividir-se em dois grupos: polímeros de condensação, formados por eliminação de pequenas moléculas como a água, e polímeros de adição, formados por sucessivas adições de unidades moleculares que se encontram repetidas. 
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 POLÍMEROS DE CONDENSAÇÃO 
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 Entre os polímeros de condensação destacam-se as poliamidas, como o nylon. A etapa que controla a polimerização é a eliminação de água entre um ácido e uma amina para formar uma ligação amídica. Para preparar o nylon 6,6 aquece-se a 270ºC uma mistura de ácido adípico e hexametilenodiamina sob uma pressão de 10 atm. A operação prossegue com o aquecimento, a pressão reduzida, para eliminar os últimos resíduos de água e por último extrai-se o polímero fundido e esfria-se. 
 De modo análogo obtêm-se os poliésteres, condensando um ácido com um éster ou também mediante reacções de transesterificação. Na fabricação desta classe de polímeros empregam-se frequentemente o ácido tereftálico e os seus ésteres, que se fazem reagir com etilenoglicol eliminando-se um álcool de baixo peso molecular. Inicialmente produz-se um monômero que contém duas unidades de etilenoglicol, o qual por aquecimento a 280ºC, perde etilenoglicol e leva o éster final a polimerizar-se. O polímero obtido utiliza-se como fio na indústria têxtil como Dacron ou Terylene. 
 Outros polímeros de condensação importantes são os poliuretanos, empregados para fabricar espumas de almofadas e almofadões. O grupo uretano obtém-se por reação de um isocianato com um álcool. As espumas de poliuretano formam-se a partir de um polímero inicial com grupos hidroxila terminais aos quais se acrescenta diisocianato para formar as uniões poliuretano. Durante a reação efetua-se uma adição controlada e água para produzir dióxido de carbono que atua como agente espumante. 
 POLÍMEROS DE ADIÇÃO 
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 Os polímeros de adição obtêm-se a partir de monómeros que contêm uma ou várias duplas ligações. 
	
 O resultado da polimerização de uma só classe de monómeros é um homopolímero. Se polimerizar juntos dois monómeros distintos obtém-se um copolímero. 
 O cloreto de vinila utiliza-se para obter o policloreto de vinila,que é um dos polímeros de adição de maior consumo. O metacrilato de metila polimeriza-se originando um polímero com excelentes propriedades ópticas, que se utiliza para fabricar lâminas transparentes e lentes de contacto. Para obter as lâminas de plexiglass controla-se a polimerização até que tenha a consistência de um xarope e verte-se a massa num molde ou entre duas lâmonas de vidro verticais. 
 O estireno ou vinilbenzeno copolimeriza-se com o butadieno para se obter a borracha sintética. O copolímero obtido consome-se em grandes quantidades na fabricação de pneus. 
 O acrilonitrilo polimeriza-se em soluções aquosas. O homopolímero obtido pode-se utilizar como fio nas fibras (Orlón) na fabricação de tecidos. 
Como são feitos os polímeros? 
Toda a matéria é constituída por pequenas unidades a que chamamos moléculas. Os POLÍMEROS são grandes moléculas. 
Estireno – substância obtida a partir do petróleo (peça de Lego)
A razão pela qual são tão grandes é porque são formadas por moléculas menores e que estão todas ligadas como blocos numa construção de LEGO. A palavra “poli” em “polímero” significa “muito”. Estas moléculas menores, que formam o polímero, são chamadas monómeros. A palavra “mono” em “monômero” significa “um”. ��INCLUDEPICTURE "../../../../../Alisson%20ll/POLÍMEROS_arquivos/pol4.gif" \* MERGEFORMAT 
Poliestireno – vários estirenos unidos (Lego montado com várias peças) 
Apesar das macromoléculas dos polímeros serem grandes, ainda são pequenas demais para poderem ser vistas, mesmo com um microscópio, porque as moléculas são as menores porções de matéria. 
Apesar de não podermos ver as moléculas de polímero individualmente podemos ver os polímeros, porque eles são constituídos por BILIÕES ou TRILIÕES destas moléculas juntas. Elas formam aquilo que são os materiais nossos conhecidos, de que falamos no começo, como os plásticos e a borracha. 
De fato os polímeros são dos materiais mais usados no nosso dia a dia. Para qualquer lado que nos viremos encontramos um exemplo de um polímero. E ouvimos chamar-lhes muitos nomes geralmente começados por POLI-. 
Exemplos de polímeros são: o polietileno, dos sacos de plástico das compras e dos brinquedos; o policarbonato, dos CDs; o poliestireno, dos copos que mantém as bebidas frias ou quentes; o polipropileno, das películas para embrulhar os alimentos e dos cordéis, o Teflon, dos revestimentos antiaderentes das frigideiras; o poliéster, das roupas; o nylon, das roupas, das cordas e dos tapetes; o spandex, dos fatos de banho e o Kevlar, das canoas e dos coletes à prova de bala. 
O Mundo dos Polímeros
Boa parte dos polímeros são orgânicos, isto é, constituídos de cadeias de carbono e hidrogênio. Isto acontece porque inúmeros hidrocarbonetos, como o etileno, possuem ligações covalentes duplas ou mesmo triplas. Estas moléculas são consideradas insaturadas, porque uma ligação dupla pode ser pensada como duas ligações simples. 
Uma destas ligações insaturadas pode, em determinadas condições, ser transferidas para o “outro lado” do átomo de carbono podendo ser usadas para conectar com outro átomo ou grupo de átomos de carbono, em qualquer direção. 
Existem também polímeros a base de silício.
As características dos termoplásticos são altamente dependentes da temperatura. A altas temperaturas a atração entre cadeias é fraca e eles apresentam o comportamento de um líquido viscoso. 
ter um comportamento visco-elástico, isto é, apresentam deformação viscosa e elástica. 
Polímeros Termoplásticos
As características dos termoplásticos são altamente dependentes da temperatura. A altas temperaturas a atração entre cadeias é fraca e eles apresentam o comportamento de um líquido viscoso. 
A temperatura intermediárias a atração intermolecular cresce e eles passam a ter um comportamento visco-elástico, isto é, apresentam deformação viscosa e elástica. 
A temperaturas baixas, comportam-se como sólido rígido, com ruptura frágil. Se forem amorfos, a temperatura abaixo da qual eles apresentam este comportamento frágil é denominada 
temperatura de transição vítrea. 
Os plásticos cristalinos apresentam maior densidade e resistência mecânica que os amorfos. São também menos sensíveis a ação da temperatura.
O encadeamento de meros permite a formação de moléculas gigantes em comparação com o as moléculas originais. Freqüentemente elas são chamadas de macromoléculas. As macromoléculas são na maioria dos casos longas e flexíveis, com átomos de carbono ligados por fortes ligações covalentes. 
As ligações entre moléculas ocorre por meio das forças secundárias, bem mais fracas. Isto contribui para a baixa resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade dos plásticos. Estas forças intermoleculares não muito fortes tornam os plásticos sensíveis à variação térmica e facilitam a moldagem industrial de produtos, uma vez que podem ser facilmente quebradas por elevação da temperatura. 
Os plásticos são isolantes elétricos, resistentes a corrosão eletrolítica e possuem baixo pelo específico. A redução da temperatura de um polímero termoplástico amorfo provoca uma redução de volume, como em qualquer sólido. No entanto, abaixo da temperatura de transição vítrea esta redução volumétrica passa a ser menor. Já para um polímero cristalino, que apresenta um ponto de fusão mais definido, a redução volumétrica reduz-se no momento da solidificação.
Elastômeros
Elastoméricos são os polímeros intermediários. Eles apresentam certo número de ligações cruzadas. Sua característica principal é apresentarem uma grande capacidade de deformação elástica em temperatura ambiente.Os elastômeros possuem cadeias predominantemente lineares com alguma reticulação, controlada industrialmente pela reação com o enxofre, em processo denominado vulcanização. A grande capacidade de deformação dos elastômeros está associada a configuração espiralada (mola) de suas cadeias poliméricas.A reticulação, controlada industrialmente pela reação com o enxofre, governa as deformações lentas, aumenta o módulo de elasticidade e, ao diminuir a capacidade de deformação total, diminui a resistência à impactos.
Polímeros
( poli = muitas, meros = partes )
        Polímeros são moléculas gigantes que apresentam unidades que se repetem. 
        A substância inicial é chamada de monômero e sua repetição 2x, 3x .... nx dá origem ao: 
                ( 2x ) dímero, ......... ( 3x ) trímero .........  ( nx ) polímero - mais de 100 unidades, 
    Exemplo de dímero: 
        repetição de duas moléculas do etino (acetileno) produz o butenino. 
  
	
           Exemplo de trímero: 
        repetição de três moléculas do etino (acetileno) produz o benzeno. 
  
	
 
        
Exemplo de polímero: 
        repetição de n moléculas do eteno (etileno) produz o polietileno. 
  
	
  
Classificação dos Polímeros
1. Quanto à ocorrência: 
        a) polímeros naturais (os que existem na natureza). 
                        Ex.: proteína, celulose, amido, borracha, etc... 
        b) polímeros artificiais (obtidos em laboratório). 
                        Ex.: polietileno, isopor (poliestireno insuflado com ar quente), etc ... 
2. Quanto ao método de obtenção: 
        a) polímeros de adição:  obtidos pela adição de um único monômero. 
  
	Fórmula geral:
	
                         Ex.: 
  
	
 
        b) copolímeros: obtidos pela adição de dois monômeros diferentes. 
  
  
	Fórmula geral:
	
Ex.: 
  
	
  
 
        c) condensação: obtidos pela adição de dois monômeros diferentes com eliminação de substância inorgânica (geralmente água ou gás amoníaco). 
  
  
	Fórmula geral:
	
        Ex.: 
  
	
 
Outros polímeros
 
        Polímeros naturais:. 
        Borracha natural: polímero de adição do isopreno (metil-butadieno-1,3). 
        Amido: polímero de condensação da alfa-glicose (com eliminação de água). 
        Celulose: polímero de condensação da beta-glicose (com eliminação de água). 
        Proteína: polímero de condensação de alfa-aminoácidos(com eliminação de água). 
  
        Polímeros artificiais: 
        Plásticos: 
        Isopor (poliestireno): polímero de adição do estireno / vinil-benzeno (insuflado com ar). Isolante térmico. Quando não expandido é utilizado na fabricação de pratos, copos, etc... 
        PVC (cloreto de polivinila): polímero de adição do cloreto de vinila / cloro-eteno. Isolante térmico e material usado em estofamentos. 
        Teflon: polímero de adição do tetraflúor-eteno. Material usado em revestimento de utensílios domésticos. 
  
        Plásticos: 
        Poliisobutileno: polímero de adição do isobutileno (metil-propeno ou isobuteno). Empregado na fabricação de câmaras de ar. 
        Buna-N: copolímero do acrilonitrila(o) e butadieno-1,3 (eritreno). Empregado na fabricação de pneus. 
  
  
       Fibras: 
  
        Poliéster: copolímero de ácidos dicarboxílicos. Empregado na fabricação de tecidos. 
        Nylon: copolímero de diaminas com ácidos dicarboxílicos. Empregado na fabricação. 
  
        Dacron: polímero de condensação entre éster de ácido orgânico com poliálcool do tipo glicol. Empregado na fabricação de velas de embarcações, etc... 
 3. Quanto às aplicações industriais: 
        a) elastômeros: possuem propriedades elásticas. 
        Ex.: borrachas (naturais ou sintéticas). 
        b) plásticos: são sólidos mais ou menos rígidos. 
        Ex.: PVC, poliuretano, polietileno, etc... 
        c) fibras: quando se prestam à fabricação de fios. 
        Ex.: nylon, poliéster, etc... 
OBS.: Os plásticos que sofrem fusão sem decomposição, são chamados de termoplásticos, isto é, podem ser remoldados sucessivamente. 
        Ex.: poletileno, etc ... 
  
        Os plásticos que sofrem decomposição por aquecimento, antes que ocorra a fusão, são chamados de termoestáveis (termofixos), isto é, não podem ser remoldados. 
        Ex.: epóxidos, etc... 
4. Quanto à estrutura: 
    a) polímeros lineares: são, geralmente, termoplásticos. 
  
	
 
        Os polímeros lineares podem ser transformados em tridimensionais pelo aquecimento. 
        b) polímeros tridimensionais: são, geralmente, termoestáveis (termofixos). 
  
	
Espectrometria de Fluorescência e Difração de Raios-X
Introdução
A Espectrometria de Fluorescência de Raios-X é considerada uma das técnicas de maior potencial para análises da composição elementar, e análises de traços (impurezas) em materiais, tanto no estado sólido ou líquido. Tem a grande vantagem de ser uma técnica não-destrutiva, rápida, e de grande precisão e sensibilidade. É uma das mais importantes para o estudo da composição dos materiais. 
O princípio básico da espectrometria de fluorescência de raios-X é que todo elemento emite uma radiação característica própria (radiação fluorescente) quando excitado por uma radiação eletromagnética de alta energia (região de raios-X). A detecção desta radiação característica é realizada por um sistema composto de um cristal analisador e detector de radiação (WDX) e/ou pelas suas energias num detector de estado sólido (EDX).
Da mesma forma, a técnica de difração de raios-X é um método eficiente e preciso para a identificação de fases cristalinas, de amplo uso em pesquisa científica e tecnológica e para ensaios não-destrutivos em aplicações industriais.
Histórico
Contribuições relevantes para espectroscopia de raios-X
1895 W. C. Röentgen descobre os Raios-X.
1896 J. Perrin mede a intensidade de Raios-X utilizando uma câmara de ionização.
1896 O. T. Lindenthal fez a primeira “fotografia de contraste de raios X”.
1911 C.G.Barkla nota evidências de séries de linhas de emissão que são denominadas K, L, M, N,...
1912 V. von Laue, W. Friedrich, e E. P. Knipping demonstram a difração de Raios-X por cristais.
1913 W. L. e W. H. Bragg constroem um espectrômetro de Raios-X de Bragg.
1913 H. G. J. Moseley mostram a relação existente entre comprimento de onda de linhas espectrais e número atômico, notam que linhas de cobre eram mais fortes que linhas de Zinco no latão, estabelecendo desta maneira a base para a análise qualitativa e quantitativa utilizando Raios-X.
1913 W. D. Coolidge introduz o tubo de Raios-X de alto vácuo e filamento quente.
1913-23 M. Sigbahn faz seu trabalho clássico medindo comprimentos de onda do espectro de Raios-X de elementos químicos.
1921 A. H. Compton e Doan -estudaram fenômenos de reflexão total, refração e difração de
Raios X.
1922 A. H. Compton - descobriu o “efeito Compton”.
1922 A. Hadding é o primeiro a aplicar o espectro de Raios-X especificamente para a análise química de minérios.
1923 G. von Hevesy propõem a análise quantitativa pelo espectro de Raios-X devido a emissões secundárias.
1924 W. Soller - construiu um espectrômetro utilizando colimadores de lâminas paralelas.
1928 R.Glocker e H. Scheiber aplicam a espectrometria de emissões secundárias de RX (fluorescência).
1928 H. Geiger and W. Muller desenvolvem o tubo detector preenchido com gás com alto grau de confiabilidade.
1948 H. Friedman e L. S. Birks constroem o primeiro protótipo de um espectrômetro de emissões secundárias de RX comercial.
1949 R. Castaing e A. Guinnier constroem o primeiro espectrômetro de emissão primária utilizando elétrons.
1960-80 Evolução e o estabelecimento do WDX
1975-85 Evolução e o estabelecimento do EDX.
1980- Evolução e o estabelecimento do TR-XRF.
Fontes de Raios-X
Os Raios-X podem ser definidos como uma radiação eletromagnética de comprimento de onda entre 10-5 a ~100 Å.
Representação do espectro eletromagnético
Esta radiação pode ser produzida basicamente das maneiras: desaceleração de elétrons de alta energia, transições eletrônicas entre níveis atômicos internos de átomos, decaimento radiativo e através da aceleração de elétrons em órbitas circulares com velocidades próximas à da luz (radiação síncrotron). 
Tubos de Raios-X
Em tubos de Raios-X comerciais, elétrons são emitidos por um cátodo de filamento quente e são acelerados por um campo elétrico muito intenso. Quando estes elétrons atingem o ânodo são desacelerados através de colisões com o material do alvo. O grande aumento de temperatura no alvo indica que a maior parte desta energia cinética é transformada em calor no processo de desacelaração dos elétrons enquanto somente 0.01 - 1% é transformada em radiação. 
A intensidade do espectro contínuo aumenta proporcionalmente com a corrente no
tubo i e o número atômico Z do material do ânodo. 
Absorção de Raios-X pela matéria
A absorção da radiação pela matéria ocorre devido a interações entre a radiação incidente e os átomos do material. Os fenômenos físicos relacionados com a absorção pelo material são: efeito fotoelétrico, espalhamento Compton e Rayleight, e efeito de produção de pares. 
Efeito fotoelétrico
Ocorre quando a energia dos fótons do feixe incidente é totalmente absorvida por um elétron de uma camada interna de um determinado átomo do material. Este elétron abandona o átomo (fotoelétron) com uma determinada energia cinética deixando uma vacância em seu lugar. Elétrons de órbitas mais externas decaem e ocupam esta vacância ocasionando a emissão de fótons de fluorescência ou elétrons Auger.
Absorção fotoelétrica. I) Fóton incidente chega ao átomo, II) Elétron de camada interna é ejetado deixando vacância, III) Elétron de camada mais energética decai e ocupa a vacância emitindo fluorescência.
Espalhamentos Rayleigh e Compton
Efeito Compton e Rayleight 
Efeito Auger
Esquema do efeito Auger
 
Diagrama de nível de energia para os elétrons no cobre
Espectroscopia por Fluorescência de Raios-X - XRF
A emissão característica é resultante da excitação dos elementos da amostra por uma
fonte de raios-X. A fluorescência emitida por elementos presentes na amostra incide em um detector com eletrônica associada que resolve a energia dos fótons incidentes com precisão suficiente para fornecer uma distribuição espectral de intensidades versus energia. 
Este método é geralmente aplicado para determinação de elementos com númeroatômico igual ou maior a 11 (Na). As aplicações deste método incluem: análises químicas de elementos traços em ciências ambientais, biológicas e materiais, perfil de profundidade química em filmes finos e mapeamento químico.
Esquema de um XRF
A amostra é excitada por um feixe primário de Raios-X, elementos presentes na amostra
absorvem os fótons de Raios-X decaem e emitem fluorescência característica, a fluorescência emitida pela amostra (feixe secundário) é detectada e “classificada” de acordo com sua energia, o sistema de aquisição de dados transforma os pulsos elétricos provenientes da etapa de detecção em um espectro de fluorescência (comprimento de onda x intensidade). 
XRF Convencional – WDX
Princípio de um espectrômetro de fluorescência de Raios-X por comprimento de onda WDX.
De acordo com a lei de Bragg a energia do fóton refletido depende do ângulo de incidência da radiação. Desta forma variando-se o ângulo do cristal com a ajuda de um goniômetro conseguimos fazer a separação em energia da fluorescência emitida.
XRF energia dispersiva - EDX
A análise por EDX é realizada fazendo-se com que Raios-X incidam com ângulo em uma superfície de tal forma que ocorra fluorescência. Os Raios-X excitam átomos da
superfície da amostra e a fluorescência é detectada por detector de estado sólido posicionado em um ângulo perpendicular a amostra. 
Os detectores utilizados em EDX geralmente são de estado sólido Si (Li). 
Diagrama comparativo entre WDX e EDX
Efeitos de matriz
Muitas amostras que seriam adequadas para a análise por XRF apresentam problemas que são freqüentemente descritos como efeitos de matriz. Exemplos destas “amostras problema” são ligas, amostras geológicas e materiais biológicos.
Efeitos de matriz surgem a partir de interações de elementos da amostra que afetam
a intensidade da radiação emitida de uma forma não linear. 
Direção do Feixe Difratado – Lei de Bragg
Quando os átomos estão regularmente espaçados em um retículo cristalino e a radiação incidente tem comprimento de onda da ordem destes espaçamentos, ocorrerá interferência construtiva em certas direções e interferência destrutiva em outras.
Difração de raios X por um cristal
Só ocorrerá reflexão, isto é, interferência construtiva, se a distância extra percorrida por cada feixe for múltiplo inteiro de l. A condição para que ocorra interferência construtiva é:
PO + OQ = nl = 2d sen θ
Onde n = 1, 2, 3, 4 ....
Sistemas cristalinos, 14 tipos de células unitárias, conhecidas como Redes
de Bravais.
.
O Difratômetro de Raios-X
0 feixe de Raios-X e gerado pela fonte S, passa pelo colimador A e incide na amostra C, a qual esta sobre o suporte H. A amostra sofre movimento de rotação em torno do eixo 0, perpendicular ao plano da figura. 0 feixe difratado passa pelos colimadores B e F e incide no detector G, o qual está sobre o suporte E. Os suportes E e H são acoplados mecanicamente de modo que o movimento de 2 x graus do detector é acompanhado pela rotação de x graus da amostra. Este acoplamento assegura que o ângulo de incidência e o de reflexão sejam iguais a metade do ângulo de difração.
0 contador pode varrer toda a faixa de ângulos com velocidade constante ou ser posicionado manualmente em uma posição desejada. A intensidade do feixe difratado é medida pelo contador.
Esquema do Difratômetro de Raios-X – Goniômetro
 
Espectros característicos de um material cristalino, de um líquido ou sólido amorfo e de um gás mono-atômico
Escolha dos padrões 
Essa escolha é crítica quando as amostras estão sob forma de pó prensado. Neste caso o efeito de matriz é bem acentuado, e uma das maneiras de minimizá-lo é fazendo a correta escolha dos padrões que constituirão a curva analítica. Esses padrões devem ser os mais semelhantes possíveis em relação às amostras. Estes deverão ter a mesma origem, para que se possa conseguir semelhança na constituição cristalina. Ainda considerando o trabalho com amostras prensadas, devem-se selecionar esses padrões dentro de uma faixa analítica não muito ampla. Seleciona-se dentro da faixa analítica correspondente a rotina de trabalho, traçando a curva analítica. 
A preparação de amostras por pó prensado também apresenta uma série de inconvenientes; porém é ainda a mais usada pelo fato de ser rápida e de baixo custo. Para a análise de Raios-X a amostra é considerada homogênea se a sua granulometria for inferior a 325 mesh ou abaixo de 45 micras. Para se chegar a essa granulometria usa-se normalmente um moinho de anéis, ou de panelas. Como é difícil medir pelas peneiras uma granulometria tão pequena, o que se usa é a determinação do tempo de moagem, ou seja, o tempo que o moinho gasta para se chegar a granulometria desejada. Porém, esse tempo de moagem tem algumas variáveis: tamanho das panelas, a massa das amostras, o tipos das panelas, o tipo do moinho, etc. para se estabelecer uma rotina de preparação de amostras por pó prensado devem-se levar em conta todas essas variáveis.
Alguns materiais têm o tempo de moagem muito longo, e isto causa um inconveniente de provocar o aquecimento excessivo das panelas, podendo causar alterações químicas na amostra como oxidações e perdas por volatilização. Quando não é possível diminuir o tempo de moagem, por exemplo, pode-se diminuir a massa da amostra, controlando o problema de aquecimento da panela.
O próximo passo é a prensagem da pastilha. Neste caso a pressão e tempo são variáveis a serem consideradas. A determinação da pressão e do tempo ideal para uma dada amostra de uma dada matriz pode ser feito de acordo com um experimento semelhante ao da determinação do tempo de moagem. Existem duas maneiras de se preparar pastilhas: sem aglomerante ou com o aglomerante. A escolha vai depender da amostra, do tipo de espectrômetro e do tempo de resposta da análise. Sem aglomerante o tempo de resposta analítico é menor. Porém nem todo tipo de amostra se compacta sem aglomerante. Em alguns tipos de espectrômetros é somente possível trabalhar com amostras de pó prensado com aglomerante. São aqueles espectrômetros, onde durante a análise, a amostra se posiciona invertida, acima do tubo de Raios-X. Se não houver o aglomerante, durante o vácuo, o pó se desprenderá sobre o tubo de raios-x. O uso do aglomerante torna as pastilhas mais resistentes, duráveis, fáceis de manusear, praticamente não sujam a porta amostras; mas, tem algumas desvantagens que são: aumento do custo da análise, do tempo de preparação da amostra. Pela diluição da amostra piora o limite de detecção. Possibilidade de contaminação da amostra pelo aglomerante. 
Existem, ainda, alguns tipos de amostras que não necessitam nem serem prensadas e, nem fundidas. Elas precisam, apenas, serem cortadas, lixadas e polidas. Estas são amostras metálicas, que requerem preparação mais rápida e simples. O principal cuidado que se deve ter com esse tipo de amostra é a contaminação da superfície da amostra pelo lixamento. Algumas lixas deixam resíduos metálicos na superfície.
Os procedimentos que antecedem a análise química são a otimizações do espectrômetro de Raio-X e o estabelecimento da rotina de preparação de amostra. Toda a análise instrumental é comparativa, logo, deveremos trabalhar com padrões confiáveis, que serão as nossas referências.				
Considerações finais
A espectrometria de Raios-X, nos permite que analisemos praticamente todos os elementos químicos da tabela periódica, nos mais diversos tipos de materiais; nos estados sólidos e líquidos; com grande precisão e exatidão. Porém é exigido um preciso controle do efeito de matriz, e muito cuidado na escolha dos padrões e na preparação das amostras.
Ao se adquirir um novo espectrômetro, é interessante que faça um levantamento cuidadoso de sua performance em relação à precisão, estabilidade, controle de resultados por meio de padrões. 
As condições ambientais do local onde o espectrômetro está instalado devem estar sempre preservadas de acordo com as recomendações do fabricante, com um controle efetivo da temperatura,da umidade, da poeira, etc. é interessante que se tenha uma instalação elétrica independente para o aparelho. Deve-se ter cuidado especial com o aterramento do aparelho; um aterramento ineficiente pode provocar oscilações no aparelho, muitas vezes difíceis de ser detectados.
Embora a possibilidade de vazamento de radiações ionizantes seja improvável, é conveniente que todos operadores do espectrômetro, façam o controle de exposição por meio de filmes. É exigido de todos os laboratórios que trabalham com radiações ionizantes, um responsável técnico com registro nos órgãos competentes.
São várias as aplicações da técnica de Difração de Raios-X para o estudo de materiais, tais como a identificação de constituintes microestruturais, determinação e acompanhamento cinético de diagramas de fases, efeito da deformação nas redes cristalinas, etc.
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